防水粘结材料（精选7篇）
防水粘结材料 篇1
拉伸性能试验用以反映各环氧基防水粘结材料受拉破坏时的应力和应变, 测得的主要指标为各环氧基防水粘结材料的拉伸强度和破坏时的应变, 通过拉伸试件的抗拉强度和断裂延伸率来评价各材料的实际使用性能。
1试验方法
1.1 试件成型
先用丙酮将上下两块不锈钢槽板进行清理, 用隔离剂涂刷一遍, 然后将上下两块槽板对接, 放入120℃的电热鼓风干燥箱中保温4h。不锈钢槽板保温结束后, 按照前述制备方法把制备好的各环氧基防水粘结材料, 立即倒入槽板内, 并进行振动, 再将其放回120℃干燥箱中, 保温2h, 然后降温至60℃保温4d (日本环氧粘结剂需持续在40℃下保温2d, 不需在120℃下保温不锈钢槽板及养生) , 使其充分固化。养生完成后, 取出, 将槽板打开, 用小刀将试件脱模。脱模后将试件在所需的试验温度 (20℃±1℃) 下放置2h, 然后用切片机切成哑铃状的试件, 制备6个试件。成型模具如图1所示, 拉伸试验试件尺寸如图2所示。
附注:A-总长, 最小值115 mm B-标距段的宽度, 6.00+0.4 mm C-标距段的长度, 33±2 mm
D-夹持线 E-半径, 14±1 mm F-半径, 25±2 mm G-端部宽度, 25±1 mm
H-夹具间的初始距离, 80±5 mm L-标距线间的距离, 25±1 mm
1.2 试验程序
将试件在标准条件下放置2h, 然后将试件安装在拉力机夹具中, 记录拉力机标尺所示数据 (L0) , 试件安装不得歪斜, 拉伸速度为500mm/min, 拉伸试件直至出现裂口或断裂等现象为止, 记录此时标尺数据 (L1) , 读数精确到0.5mm。
1.3 结果计算
拉伸断裂强度如式 (1) 计算:
P=F/A (1)
式中:P——拉伸断裂强度, MPa;
F——试件最大荷载, N;
A——试件断面面积, mm2。
试件断面面积如式 (2) 计算:
A=b·d (2)
式中:b——试件工作部分宽度, mm;
d——试件实测厚度, mm。
断裂延伸率按式 (3) 计算:
undefined (3)
式中:L——试件断裂延伸率, %;
L1——试件断裂时标线间的距离, mm;
L0——拉伸前标线间的距离, mm。
试验结果以六个试件的算术平均值表示, 取三位有效数字。
2试验结果
按照拉伸试验的试验方法, 进行各环氧基防水粘结材料在不同组分比例下的拉伸试验, 国产HLN-7611环氧沥青的拉伸试验结果如图3所示, 日本环氧粘结剂的拉伸试验结果如图4所示, 日本环氧粘结剂的拉伸试验结果如图5所示。
2.1 国产HLN-7611环氧沥青的拉伸试验结果
由国产HLN-7611环氧沥青在不同组分比例下的的拉伸试验结果可知, 拉伸强度和断裂延伸率随组分比例变化呈现出不同的变化规律。拉伸强度随比例 (B:A) 的增大而先增大后减小, 在比例 (B:A) 为7.6时达到峰值, 为0.940MPa。断裂延伸率随比例 (B:A) 的增大而先减小后增大, 在比例 (B:A) 为7.6时为188%, 比最佳断裂延伸率降低约15%, 此最佳断裂延伸率对应的拉伸强度比最佳值降低约31%。由于桥面防水粘结材料需要具有较高的拉伸强度和断裂延伸率, 根据此拉伸试验结果可以进一步确定国产HLN-7611环氧沥青的最佳组分比例B:A=1:7.6, 因为在比例 (B:A) 低于或高于7.6时, 由于A组分或B组分较多, 没有充分发生固化反应, 存在多余的A组分或B组分, 导致强度不足, 断裂延伸率出现波动。
2.2 日本环氧粘结剂的拉伸试验结果
从日本环氧粘结剂的拉伸试验结果可见, A、B两组分比例不同, 其性能差异较大。当A组分环氧树脂与B组分固化剂之比为1:0.8时, 拉伸强度最大, 但断裂延伸率最低, 不能满足防水粘结材料高延伸率的要求;当A组分与B组分之比为1:1时, 拉伸强度为5.932MPa, 且断裂延伸率达到最大, 为616%, 综合性能最优。因此, 可以进一步确定日本环氧粘结剂的A组分环氧树脂:B组分固化剂=1:1为其最佳配比。
2.3 日本环氧沥青的拉伸试验结果
从日本环氧沥青的拉伸试验结果可见, A组分环氧树脂与B组分固化剂之比为1:0.8和1:1.1时, 断裂延伸率较低, 不能满足防水粘结材料高延伸率的要求;当A组分与B组分之比为1:0.9时, 拉伸强度为2.710MPa, 且断裂延伸率达到853%;当A组分与B组分之比为1:1时, 拉伸强度为5.932MPa, 比A:B=1:0.9时增大约68%, 且断裂延伸率达到604%, 比A:B=1:0.9时降低约29%, 综合性能最优。因此, 可以进一步确定日本环氧粘结剂的A组分环氧树脂:B组分固化剂=1:1为其最佳配比。
3不同环氧基防水粘结材料的拉伸试验结果比较
综合各环氧基防水粘结材料在其最佳配比下的拉伸强度和断裂延伸率, 如图6和图7所示。由图可见, 日本环氧粘结剂的拉伸强度和断裂延伸率均高于国产HLN-7611环氧沥青和日本环氧沥青, 其中拉伸强度分别比国产HLN-7611环氧沥青和日本环氧沥青增大约530%和30%;断裂延伸率分别比国产HLN-7611环氧沥青和日本环氧沥青增大约228%和2%。究其原因为:日本环氧粘结剂不掺加沥青, 环氧树脂与固化剂能够充分固化反应, 而另两种材料中均需加入沥青, 沥青的存在可能会对固化反应有一定影响;且日本产和国产所采用的环氧树脂和固化剂种类不同, 分子内化学键作用力不同, 分子间链与链结合力不同, 最终导致拉伸强度和断裂延伸率的差异。
4结论
本章分别对国产HLN-7611环氧沥青、日本环氧粘结剂、日本环氧沥青等三种环氧基防水粘结材料进行制备并比较测试其拉伸性能。根据相关试验结果, 可以得出以下结论:拉伸性能优劣依次为:日本环氧粘结剂、日本环氧沥青和国产HLN-7611环氧沥青, 在最佳配比下所能达到的拉伸强度分别为5.932MPa、4.451MPa和0.940MPa, 断裂延伸率分别为616%、604%和188%。
参考文献
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防水粘结材料 篇2
关键词：排水路面,防水粘结层,性能试验
排水性沥青路面由于具有较大的空隙率, 为雨水下渗、排出提供了通道, 因此可以缓解水膜滑溜现象, 在提高雨天时路面抗滑性的同时, 还可以减轻行驶车辆产生的水雾, 而且由于其大空隙构造还可以起到减小车辆行驶造成的道路交通噪音的作用[1]。但我国对排水性沥青路面研究还处于起步阶段, 需要研究的问题还很多, 特别是防水粘结层的优劣直接会影响到排水路面的长久使用性能, 需要选用优良性能的材料才能充分发挥排水路面的众多优点。
1 排水性沥青路面粘层的要求及选择
作为排水沥青路面表面层与中层面之间的粘结层, 由于表层为大空隙率的沥青混凝土, 它与中面层的接触面积显然减少了约15%～25%。因此, 粘层材料首先应具有较高的粘结强度, 将表面层与中面层粘结成一体;其次, 由于路表渗入水直接与该粘层接触, 故应具有防水渗透的功能, 协同密级配沥青中面层形成性能更好的防水层。同时, 还要求它具有适应工程实际状况的高、低温稳定性。
近些年来我国对桥面防水层比较重视, 对桥面防水层材料的要求也比较高, 既要与桥面有良好的粘结强度, 在运料车和沥青混凝土摊铺车行走时不起皮, 又要有很强的防水性能。因此, 各地防水材料生产厂家为满足桥面防水层的上述要求, 在屋面防水层材料或路用粘层材料的基础上进行了改进性研究[2]。因此, 我们选择了在水性沥青基防水涂料基础上进行改性而得的六种桥面防水层材料, 以下简称为A、B、C、D、E、F, 为对比分析这六种材料的性能, 通过试验与SBS乳化沥青和环氧沥青的性能进行对比分析。
2 排水路面粘层材料的基本性能试验
对上述拟用的6种粘层材料的基本性能进行了测试, 主要包括低温柔性试验、耐热性试验和延伸性试验。但由于材料性状的差异, SBS乳化沥青和环氧沥青材料无法进行延伸试验, 而且环氧沥青材料还无法进行低温柔性试验。
防水粘结材料低温柔性试验是通过30min绕Φ10mm棒裂纹条数来衡量的, 一般要求30min后绕Φ10mm棒一周无裂纹。对6种防水粘结材料和SBS乳化沥青的低温柔性试验测试结果表明, 这7种材料在30min后绕Φ10mm棒4周都没有出现裂纹, 说明防水粘结材料的低温柔性十分出色。
防水粘结材料耐热性试验是通过30min涂膜表面的流淌和滑动情况来衡量的, 一般要求30min后涂膜表面无流淌和滑动。6种防水粘结材料、SBS乳化沥青和环氧沥青的耐热性试验测试结果见表1。
从表1的测试结果可以看出, 在160℃高温下, SBS乳化沥青会出现气泡, 其他7中材料均未出现气泡, 但在180℃高温下, B、E两种桥面防水层材料也出现了气泡, 而且SBS乳化沥青出现了流淌, 这表明A、C、D、F及环氧沥青材料的耐热性能良好, 完全可以用于排水路面的粘结层。
《公路沥青路面施工技术规范》要求防水粘结材料的延伸率应大于200%, 对6种桥面防水材料的延伸性试验结果见表2。
从表2的延伸性试验结果可以看出, 6种防水粘结材料的延伸性均能满足规范的要求, 而且D材料的延伸性最好, 延伸率达到1000%, 远远高于规范的要求, 表明其具有十分优秀的延伸性能。
3 粘层材料的使用性能试验
为了模拟沥青路面的实际情况, 利用车辙试验模具成型30cm×30cm×8cm的沥青混凝土试件 (上面层采用空隙率为20%的混凝土, 厚度为4cm, 下面层为AC20-I型密级配沥青混凝土, 厚度为4cm) 。成型的试件先做粘层材料的透水性实验, 然后将以上板式试件全部切割成5cm×5cm×8cm小试件, 上下层高度均为4cm, 分别进行剪切和拉拔试验。
3.1 透水性试验
透水性试验的基本测试设备是透水仪, 具体试验步骤为:
(1) 在已经成型的中面板上, 做透水性试验, 观察透水性;
(2) 在中面层板上涂抹粘层材料, 待其干燥后做透水试验, 观察透水性;
(3) 再在上面碾压大空隙率的沥青混凝土, 再做透水性试验, 再次观察透水性。
8种防水材料的渗水性试验测试结果见表3, 透水时间均为30s～30min。
注:此处的基本不透水并非完全不透水, 而是仍有少量透水, 粘层材料是在弥补这种缺陷, 即二者共同防水;而在表层碾压再次做透水性试验, 旨在观察碾压是否会破坏二者共同防水的功效。
以上试验结果表明, 中面层在没有涂上粘层材料之前, 由于AC20-I是密级配沥青混凝土, 具有很好的防水作用, 所以基本不透水;在涂抹防水材料之后, 试件不透水, 说明粘层材料具有显著的防水作用;最后再在表层碾压大空隙率沥青混凝土后试验 (在透水仪底部范围内表层无侧向渗水的条件下) , 仍然不透水, 说明碾压后粘层仍具有辅助防水的功效, 这表明8种粘层材料的辅助防水功能是很有效的。
3.2 剪切试验
剪切试验的目的是为了检验粘层抵抗行车荷载产生的水平剪切应力的能力[3]。具体试验步骤如下:将成型好的5cm×5cm×8cm试件置于压力机上, 调整压头, 使剪切角度а=40°, 进行加载剪切试验, 测试结果见表4。
从表4可以看出:随着温度的升高, 粘层材料的剪切强度逐渐减小。在低温条件下, 粘层材料具有较强的粘结能力, 使得抵抗行车荷载剪切变形的能力增加;而在高温下, 粘层材料的粘结性能下降, 反而使得抵抗行车荷载剪切变形的能力降低。
3.3 粘结强度试验
粘结强度试验是在预先成型好30×30×8cm的两层式沥青混凝土板 (OGFC 3cm + AC-20I5cm) 上钻孔取样, 钻孔直径为5cm, 拉拔头粘在沥青板表面, 待拉拔头与沥青表面完全粘结, 在拉拔仪上进行试验, 测试表面层与中面层之间的粘层的粘结效果, 测试结果见表5。
由表5的试验结果可以看出, B、C、D、E材料粘结强度均太低, 不合格。
3.4 拉拔试验
拉拔试验的目的是为了检验粘层与上、下两层间的粘结强度以及粘层对路面面层整体结构强度的影响[4]。具体试验步骤如下:将预先切割好的5cm×5cm×8cm小试件上端表面粘上金属拉拔头, 待完全粘结后, 移至拉拔仪上进行试验。根据以上粘结强度试验, B、C、D、E材料均被淘汰。对A、F进行试验, 测试结果见表6。
从表6可以清楚地看出:随着温度的不断增高, 粘层材料的拉拔强度逐渐减小。由此说明在低温下, 粘层材料具有超强的粘结能力, 使得路面的整体性大大增强;而高温情况下, 材料的拉拔强度均很小, 说明高温下的粘层材料的粘结性能下降, 使得路面整体性减弱。
4 结论
根据从结构层中粘层所处的位置及对它的基本要求出发所提出的受力情况特点, 提出对粘层材料的基本要求。作为路面结构层的一部分, 粘层与上下层应当较好地粘结成一个整体。因此, 几种防水粘结材料除了满足基本性能外, 还要满足使用性能, 主要是剪切强度和拉拔强度。在对8种防水粘结材料进行性能测试时可以发现, A和F两种材料的各项指标较好, 但在实际施工中, 还应从经济性和施工难易程度综合考虑, 从两者之中选择较理想的。
参考文献
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防水粘结材料 篇3
1 混凝土桥面防水粘结的性能要求
所谓混凝土桥面防水, 就是通过防水粘结层的总用, 将上层的沥青与下层的水泥混凝土粘结起来, 通过紧密的粘结, 形成一层比较好的隔水材料, 既可以防止水分渗入进来, 又可以起到填补混凝土中的空隙的作用, 防止裂缝的产生。对于混凝土桥面来说, 要做好防水粘结, 就要做好水泥混凝土桥面的防水层设计。混凝土桥面的防水层有几个要求: (1) 能够填补混凝土中的一些小的缝隙和裂缝, 填补了裂缝就可以达到防止水分渗透到混凝土内部的目的; (2) 防水层还要有优良的粘结的性质, 在下面能够与水泥混凝土的面板粘结住, 在上面时要与沥青混凝土能够粘结, 通过紧紧的粘结这两层, 防止水分的渗入, 也不会出现两层滑移等现象。通俗来说, 混凝土桥面防水粘结材料应该具备的性能有比较好的实用性、优良的不透水性、强大的粘结性、比较耐高低温性、抗拉裂性以及抗疲劳等性能。本次研究选择了目前混凝土桥面铺装中比较常用的的几种防水粘结层材料 (SBS改性沥青、环氧沥青、离子氯丁胶乳沥青FYT) , 在不同的试验条件下进行剪切实验、耐高低温试验、拉伸实验和渗水试验室内试验, 以找出影响防水粘结层的关键因素和合适的防水粘结层材料。
2 三种材料的耐热性研究
对于防水材料来说, 耐热性是其性能中重要的一方面, 如果防水粘结层材料的耐热性不高, 会发生一定的流淌现象, 对于桥面的结构带来严重的影响。所以, 在实际应用中, 强调桥面防水粘结层的耐热性。通过实验, 发现SBS沥青的耐热性是最好的, 在高温的环境下基本不会发生形变, 也不会气泡;而环氧沥青和离子氯丁胶乳沥青都会有一定程度的起泡现象。
3 三种材料的低温韧性探究
低温韧性这种性能的优良与否对于桥面防水粘结性能的耐久性有着很大的影响, 在冬天时, 常会出现比较冷的天气, 所以混凝土桥面的防水层的低温耐受性也是其考察性能之一。通过实验研究, 离子氯丁胶乳沥青FYT的低温耐受性比较好, 在低温时还能保持原形, 不会产生裂纹;对于另外两种材料来说, 在低温下就容易性能受损。对于这三种材料的低温耐受性如表1所示。
4 三种材料的粘结强度测试
对于高速公路混凝土防水粘结材料的防水性能来说, 粘结强度是初步判断各种材料粘结性能优良与否的标准, 也是其粘结性能的直观表述, 通过实验, 对于这三种材料的粘结力和粘结性能如表2所示, 由表2可以看出:SBS改性沥青和环氧沥青的粘结强度差不多, 但相比FYT而言, 都优于FYT, 这是SBS改性沥青和环氧沥青的优势, 对于FYT, 也要在具体的情况下具体选择, 不能因为其优良的低温耐受性而降低对其粘结强度的要求。
5 不透水性能检测
对于实际操作中桥面材料的施工时, 防水粘结层常常还要进行面层的展开和碾压, 如果施工不仔细可能会损伤防水粘结层。在进行这三种材料的防水性能时, 采用的实验件是用车辙板经过碾压成型的双层水泥与沥青混凝土的复合体, 在两层材料中间使用不同的防水粘结材料来填充, 经过实验证明, 当不加防水粘结层时, 沥青混合料的渗水系数达到20ml/min, 在涂刷过防水粘结层之后, 试件没有渗水的现象, 说明其不透水性大大提高, 这三种材料的不透水性都相当好。
6 防水粘结层剪切试验
6.1 试件的制备
剪切试验采用C45水泥混凝土, 试件尺寸为直径100mm、高50mm。到龄期后在混凝土试件上涂不同种类的防水粘结材料, 按沥青混合料试件成型方法在水泥混凝土试件上加压成型直径100mm、高63.5mm的沥青混合料, 成型后的试件在室温中静置24h。
6.2 试验结果
对于高速公路混凝土桥面防水粘结性能来说, 桥面防水粘结层不仅在水泥混凝土和沥青混凝土之间起到粘结的作用, 还起到隔水的作用, 但是, 在路面受到的垂直压力和水平方向的剪切力情况下, 如果该层的抗剪力不够的话, 极易导致这个铺装层出现问题, 引发安全问题, 所以材料的抗剪力是一个重要的因素。由于三种材料抗剪力的敏感性, 其受温度的影响比较大, 比如在夏天的高温情况下, 这种在高温条件下产生的剪切力对于防水粘结是最不利的, 所以, 对不同温度下三种材料的抗剪力进行试验有一定的代表性和实用性, 在实验时, 可以设定在一个温度下对三种材料的抗剪性进行对比, 三种材料在常温25℃的抗剪力如图1所示, 通过图表, 我们可以看出, SBS改性沥青和环氧沥青这两种材料的抗剪力在常温下是优于SYT的, 而对于SYT来说, 其抗剪性极差, 几乎与不加粘结层是一样的, 在对于抗剪力要求较高的施工中, 防水粘结材料尽量不要选择SYT。随后, 我们对不同温度下三种材料的抗碱性能进行了测试, 实验结果表明, 如果温度升高的话, 防水粘结层的抗剪能力会下降。
7 三种材料防水粘结层拉拔检测
对于高速公路来说, 进行桥面铺装的过程中, 梁板和沥青混凝土这两种材料与防水粘结层的粘结度对于铺装体系的抗疲劳度有很大的影响, 而抗疲劳度又是材料防水粘结性能的一个重要考察因素, 所以可以通过拉拔实验来考察三种材料的抗疲劳度。进行实验时, 采用与剪切实验相同的试件来实验, 把芯样放在拉力试验仪之中, 然后以一个固定的力拉动试验仪, 直到芯样被破坏, 即可得到各种材料的拉拔值和抗疲劳度。通过实验, 得出了这几种材料的拉拔强度分别如下图所示, 数据表明, 常温下, SBS改性沥青和环氧沥青的拉拔强度是差不多的, 但与FYT相比, 效果还是由于FYT。
8 结束语
通过上述实验, 对于SBS改性沥青、环氧沥青和FYT这三种防水粘结材料的性能都有了一定的了解, 可以得到下列结论: (1) 对SBS改性沥青、环氧沥青和FYT这三种材料来说, 这三种材料的高低温耐性不同, 但都可以满足实际工程运用的需要, 其中, FYT的低温耐受性突出。 (2) 对于粘结强度来说, SBS改性沥青和环氧沥青的粘结强度相差不大, 但都比FYT要好。 (3) 在抗剪性方面, SBS改性沥青和环氧沥青的抗剪性是极好的, 两者性能差不多, 优于FYT, 同时, 三种材料的抗剪性都与温度有关, 随温度升高, 抗碱性能越来越不好。 (4) SBS改性沥青和环氧沥青的拉拔强度是差不多的, 但与FYT相比, 效果还是由于FYT。
参考文献
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防水粘结材料 篇4
水泥混凝土桥面沥青混凝土面层铺装结构中,沥青混凝土和水泥混凝土是2种不同的路面材料,性能差异大,如果层间不设粘结层或者粘结效果不好,层间界面会存在抗剪强度、粘结强度不足等现象,当桥面受到较大的水平剪切力时,沥青面层易发生水平推移、车辙、水损害等病害。为了保证路面结构的优良使用性能,应在桥面的沥青混凝土和水泥混凝土间铺设防水粘结层。桥面防水粘结材料应具备抵抗面层摊铺和碾压的能力、抵抗热沥青混合料的高温作用和经受行车荷载的考验,并在此条件下与桥面板和面层粘结良好,保证水分无法渗透到桥面板,延长桥面铺装的使用寿命[1]。我国目前还没有统一的公路桥面防水粘结层的设计、试验和施工方面的规范,为此在选择、使用防水粘结材料时盲目性较大。本文选择SBS改性乳化沥青、SBR改性乳化沥青及氯丁胶类涂料3种材料作为水泥混凝土桥面防水粘结材料,在不同的环境温度下,模拟实际情况,进行组合剪切强度、抗拉拔强度及组合不透水性等模拟路用性能研究。
1 试验材料及检测方法
1.1 试验材料及设备
1.1.1 试验材料
选用3种不同防水涂膜材料,分别为SBS改性乳化沥青(SBS掺量占改性沥青的5%)、SBR改性乳化沥青(SBR胶乳掺量占乳化沥青的5%)及氯丁胶复合类防水涂料(改性剂占总量的30%),沥青混凝土采用AC-20密级配混合料,水泥混凝土试块配合比为:m(水泥)∶m(砂)∶m(石)∶m(水)=430∶6051210∶184,减水剂掺量1.5%,各种粘结剂(环氧树脂、固化剂)。
1.1.2 试验设备
乳化设备为阿克苏诺贝尔SEP-0.3R小型胶体磨试验机;MTS810试验机、电脑数据采集仪和剪切仪器;拉拔试验仪器主要为带有环境箱的MTS810试验机、直径15 cm的圆形粘结拉盘、马歇尔试件成型设备,HDSS-Ⅱ型路面渗水仪。
1.2 试验设计
1.2.1 模拟路面的试样制作
为了使室内试验更好地反映防水粘结材料的实际路用性能,本文制作模拟桥面整个铺装层结构的试样,进行防水粘结材料在整个桥面铺装体系中性能作用的研究。
试样制作步骤:(1)制成300 mm×300 mm×50 mm的水泥混凝土试块,表面刷毛养护7 d后拆模,28 d后试验;(2)水泥混凝土试块表面刻槽,用水冲洗晾干后在上面按要求涂上防水粘结涂料;(3)等防水粘结涂料实干后,将试块装进300 mm×300 mm×100 mm的车辙试模中,在其上面成型300 mm×300mm×50 mm的AC-20沥青混合料;(4)脱膜,300 mm×300 mm×100 mm的试样制作完成。
1.2.2 组合抗剪强度的影响
组合剪切试验将300 mm×300 mm×100 mm的试样切割成100 mm×100 mm×100 mm的试块,将切割后的试块装进剪切试模中,放在压力机上进行剪切,本试验选择斜剪试验。按试验要求,在烘箱中进行加温或在冰箱中进行降温。本试验较好地模拟了汽车行驶时对桥面产生的正压力和剪应力。在剪切试验的剪切强度公式见式(1),受力示意见图1。
式中:Sv——抗剪强度,MPa;
α———剪切角,本试验中取40°夹角;
P——垂直压力,N;
A——剪切面面积,mm2。
1.2.3 组合拉拔强度试验
一般认为在桥面铺装中,梁板与沥青混凝土的粘结强度对铺装体的抗疲劳特性有很大影响,可以采用拉拔试验来确定防水粘结层与梁板和沥青混凝土的粘结状况。同时,也能反应2种混合料分层施工时的层间粘结力[2]。
组合拉拔试验的制作试样与剪切试验相同。组合拉拔试验与常规的拉拔试验不同,常规的拉拔试验是将防水粘结材料涂于混凝土上后,直接将拉拔试件粘结于涂料上进行拉拔检测,而组合拉拔试验是用钻孔机在300 mm×300 mm×100mm的试样上钻直径10 cm、深50 mm的孔,恰好将沥青混凝土钻透到达水泥混凝土面上,然后将拉拔试件用环氧树脂粘结于沥青混凝土上面,在不同温度下养护12 h后,以100～200 N/s的固定速度对拉杆加力,直至芯样破坏,组合拉拔试验模型见图2。与常规的拉拔试验相比,组合拉拔试验能更好地模拟防水粘结材料在实际工作时的环境。
1.2.4 不透水性试验
对桥面防水工程来说,应该是热沥青混合料碾压摊铺作业过程后,在行车荷载作用下不透水,而不是材料在原始条件下不透水,所以桥面防水材料的不透水性是指在经受可能施工损伤后的不透水性。
在防水粘结层完好、粘结力差及防水粘结层破损等情况下,英国相关研究部门进行了防水粘结材料的不透水性能研究[3,4],结果表明,防水材料的不透水性能测试应与防水层施工损伤试验相联系。为检验2种材料的防水特性,本文利用车辙板碾压成型双层水泥与沥青混凝土的复合试件(如上面试验试件),在2层间使用不同防水粘结材料进行试验。试验设备采用路面不透水仪,该设备由底座、上下夹紧螺栓、带加压筒的压板等组成,其结构组成见图3。为保证密封不漏水,带加压筒的压板上下端都带有G形密封圈,做渗水试验时用螺栓将加压板夹紧即可,不透水仪的压筒内径为100 mm,水压力为0.7 MPa。
2 试验结果与分析
2.1 环境温度对组合剪切强度的影响
桥面结构性能实测表明,高温环境下的剪切力作用对防水粘结层的影响最不利,夏季高温,沥青混凝土桥面最高温度在60℃以上。考虑到材料对温度的敏感性,本文对3种防水粘结材料在不同环境温度下抗剪强度的变化规律进行试验研究,3种防水涂层涂膜量都为1.0 kg/m2,结果见图4。
由图4可知,3种粘结层的层间剪切强度均随温度的升高而逐渐降低,在相同温度下,氯丁胶类涂料抗剪切强度相对较高,60℃时的抗剪切强度是SBS聚合物改性乳化沥青的1.85倍,是SBR改性乳化沥青的2.52倍,是无粘结层的9.38倍,氯丁胶类涂料明显提高了铺装层的高温抗剪切性能。
2.2 环境温度对组合拉拔强度的影响
研究不同环境温度下,3种防水粘结材料的组合拉拔强度,3种防水涂层涂膜量都为1.0 kg/m2,试验结果见图5。
由图5可以看出,随着温度的升高,3种防水粘结材料的组合拉拔强度均显著降低。氯丁胶类涂料25℃时的拉拔强度是60℃时的2.66倍,SBS改性乳化沥青25℃时的拉拔强度是60℃时的5.54倍,SBR改性乳化沥青25℃时的拉拔强度是60℃时的10.31倍。试验结果验证了氯丁胶类涂料对温度敏感性不强,耐高温性优于其它2种改性乳化沥青材料。同时3种防水粘结材料的组合拉拔强度随温度变化曲线都呈下凹型,说明组合拉拔强度下降速率随温度升高而趋缓。从拉拔强度趋势线可以推出,随着温度进一步升高,拉拔强度将趋于0。
2.3 组合剪切强度和拉拔强度的相关性
选择氯丁胶类涂料在不同温度下的剪切强度和拉拔强度试验数据,探讨同种防水粘结材料的组合剪切强度和拉拔强度的相关性,试验结果见图6。
由图6可知,不同温度下的剪切强度和拉拔强度线性相关式为:y=0.3675x-0.5344,相关系数R2=0.96791。组合剪切强度和组合拉拔强度试验有较好的线性相关性,说明防水粘结层材料的剪切性能与粘结性能相互影响。
2.4 不透水性试验
为进一步检验3种防水粘结材料的防水特性,采用车辙板碾压成型“水泥混凝土+沥青混凝土(级配AC-20)”的复合试件,使之处于0.7 MPa静压状态。选择沥青混凝土成型温度为130℃和160℃2种情况下,对沥青混凝土和水泥混凝土层间涂抹3种防水粘结材料进行不透水试验,结果见表1。
表1试验结果显示,氯丁胶类涂料在沥青混合料的2种成型温度下,都没有出现渗漏和应力衰减现象,但是SBS和SBR改性乳化沥青在沥青混凝土160℃成型温度时,会出现应力衰减现象,说明氯丁胶类涂料的耐高温性能优于其它2种改性乳化沥青材料。
3 结论
(1)在相同温度下,氯丁胶类涂料的抗剪切强度相对较高,60℃时的抗剪切强度是SBS改性乳化沥青的1.85倍,是SBR改性乳化沥青的2.52倍,是无粘结层的9.38倍。氯丁胶类涂料大大提高了铺装层的高温抗剪切性能。
(2)氯丁胶类涂料25℃时的拉拔强度是60℃时的2.66倍,SBS改性乳化沥青25℃时的拉拔强度是60℃时的5.54倍,SBR改性乳化沥青25℃时的拉拔强度是60℃时的10.31倍。氯丁胶类涂料对温度敏感性不强,耐高温性优于另外2种一步升高,拉拔强度将趋于0。
(3)组合剪切强度和组合拉拔强度试验有较好的线性相关性,说明防水粘结层材料的剪切性能与粘结性能直接相互影响。
(4)氯丁胶类涂料在沥青混合料在130℃、160℃2种成型温度下,都没有出现渗漏和应力衰减现象,但是SBS和SBR改性乳化沥青在沥青混凝土成型温度160℃时,出现应力衰减现象。氯丁胶类涂料的耐高温性能优于其它2种改性乳化沥青材料。
参考文献
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防水粘结材料 篇5
关键词：防水粘结层,环氧下封层,剪切试验,抗剪强度,抗热冲击试验
美国从20世纪60年代开始认识到桥面发生腐蚀破坏的严重性。1979年，美国国会报告指出:研究和合理设置防水层的主要目的是保证和提高桥梁的耐久性，防水层可有效防止因冰冻造成的桥面混凝土破坏和主梁钢筋的锈蚀，设置防水层的费用和效益比为1∶2.75，显然经济效益十分显著。我国从20世纪80年代开始逐渐认识到桥面锈蚀的危害性，开始意识到桥面防水的重要性。根据对桥面防水材料使用条件的分析，认为其不仅要具有不透水性、耐高温、低温性、耐腐蚀性、耐老化性，还要与桥面铺装层具有良好粘结力，更重要的是能抵抗汽车水平荷载和垂直应力的综合作用，具有良好的抗剪性能，具有抵抗桥面裂缝的张拉作用和疲劳影响等作用。环氧下封层属于热固性柔性防水材料，它由一定比例的环氧树脂与固化剂混合后发生复杂物理化学反应而得到。本文对环氧下封层材料的使用性能进行试验研究，得出环氧下封层的合理结构形式。
1 试验方法
1.1 试验方案
通过如下试验对防水粘结层的力学性能进行评价:1)压剪试验，为检验防水粘结层抵抗行车荷载水平力作用下产生在防水粘结层位置处的剪切应力的能力，采用压剪试验来评价防水粘结层的抗剪能力;2)拉拔试验，桥面板与沥青混凝土铺装层的粘结强度对铺装体的抗疲劳特性有很大影响，为了检验上下两层间的粘结强度及对面层整体结构强度的影响，采用拉拔试验确定防水粘结层与桥面板和沥青混凝土铺装层之间的粘结力状况。
1.2 试件的成型
采用表1结构成型试件，此结构为常用的桥面铺装结构，可以反映防水粘结层的实际工作状况，模拟现场实际的施工环境和施工过程。
1.3 环氧下封层层数和材料用量
环氧下封层的层数采用单层及双层两种方案。单层分别撒布1.18 mm～2.36 mm及2.36 mm～4.75 mm两种类型的碎石;双层中底层分别撒布0.3 mm～0.6 mm,1.18 mm～2.36 mm,2.36 mm～4.75 mm三种类型的碎石，上层撒布的碎石粒径分别为1.18 mm～2.36 mm,2.36 mm～4.75 mm,4.75 mm～9.5 mm。
环氧下封层的材料用量是在参考JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范的基础上，根据实际撒布效果而确定的，各方案具体用量见表2。
2 剪切试验结果及分析
对于各方案，采用(25±2)℃的温度进行剪切试验，模拟常温条件下防水粘结层的抗剪强度。试验时，每组准备3个平行试件。各方案剪切试验结果见表3，剪切试验试件破坏界面图见图1。
从表3及图1可以看出:
1)从压剪试验结果来看，撒布同等粒径的碎石，双层环氧下封层的剪切强度要大于单层环氧下封层。分析其原因，单层环氧下封层碎石之间的间隙要大于双层环氧，双层环氧由于使用了两层粗细不同的碎石，小碎石弥补了大碎石的空隙，提高了环氧下封层的密实度和粗糙度，由此提高了环氧下封层的抗剪能力。因此双层环氧具有更好的使用保证性。2)不同粒径的环氧下封层，撒布大粒径碎石的抗剪强度要大于撒布小粒径碎石的，且提高程度较为明显。由于撒布大粒径碎石能够有效的提高试件的抗剪面的接触面积，从而提高环氧下封层的抗剪强度。
3 拉拔试验结果及分析
除了进行压剪试验，还进行拉拔试验，以便较为全面地评价防水粘结层的层间粘结效果。拉拔试验采用与剪切试验相同的试件，试验在常温(25±2)℃下进行，试验结果见表4，拉拔试验试件破坏界面图见图2。
从表4及图2可以看出:
1)从拉拔试验结果来看，不同粒径的环氧下封层，撒布小粒径碎石的粘结强度要大于撒布大粒径碎石的。分析其原因，撒布大粒径碎石后降低了环氧树脂的接触面积，因而降低了整体的粘结强度。2)同等粒径，双层环氧下封层结构的粘结强度要大于单层环氧下封层，双层环氧由于使用了两层粗细不同的碎石，小碎石弥补了大碎石的空隙，提高了环氧下封层的密实度和粗糙度，与沥青混凝土的联接面积增大，由此提高了环氧下封层的粘结强度。
4 抗热冲击试验
通过观察环氧下封层防水材料在热冲击作用下材料是否出现翘曲、开裂等变形，检验环氧下封层材料是否具备抵抗沥青混凝土施工温度(高温破坏)的性能，在摊铺碾压的时段内是否可抵抗短期温度破坏。
4.1 试验方法
1)将导热油在锅中加热，加热温度至250℃左右(模拟浇筑式沥青混凝土摊铺的冲击温度)。2)将准备好的试件，放入准备好的托盘中，注意清除在试件和托盘上的水分，否则容易引起水的迅速沸腾。3)将加热好的导热油倾倒在试件表面，观察试件变化情况。其过程见图3，试验后环氧下封层的情况见图4。
4.2 试验结果分析
通过观察抗热冲击试验中环氧下封层试件的变化情况可以发现:试件在250℃导热油冲击作用下，表面没有明显的变化，没有出现环氧下封层材料的翘曲和开裂，并且经过热冲击30 min后试件依然没有明显的变化，由此可以判定环氧下封层材料完全具备抵御250℃热冲击的性能，可以抵抗沥青混凝土施工温度(高温破坏)的性能，在摊铺碾压的时段内可抵抗短期高温的破坏。
5 结语
1)双层环氧下封层由于使用了两层粗细不同的碎石，小碎石弥补了大碎石的空隙，减小了环氧下封层碎石之间的间隙，提高了环氧下封层的密实度和粗糙度，所以双层环氧下封层结构的抗剪强度和粘结强度要大于单层环氧下封层结构。2)撒布小粒径碎石的环氧面比较光滑，环氧下封层与沥青混凝土铺装层联接面积大，所以撒布小粒径碎石的环氧下封层粘结强度要大于撒布大粒径碎石的环氧下封层。3)撒布大粒径碎石的环氧下封层能够有效的提高试件抗剪面的接触深度，可有效提高抗压剪强度。所以，不同粒径的环氧下封层，撒布大粒径碎石试件的抗压剪强度要大于撒布小粒径碎石的试件，撒布小粒径碎石的环氧下封层具有更好的使用保证性。4)试验结果表明双层环氧树脂较单层环氧树脂具有更大的抗剪强度和粘结强度，撒布碎石的最佳粒径为，底层0.3 mm～0.6 mm，上层1.18 mm～2.36 mm。5)环氧下封层材料完全具备抵御250℃热冲击的性能，在热沥青混凝土的施工过程中环氧下封层材料能够保证材料的完整性。
参考文献
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防水粘结材料 篇6
桥面防水体系的修筑是提高桥梁使用寿命的重要保证,不容忽视,它与面层的设计与施工是有机的整体,许多国家重视防水层的应用。目前,国内已明确沥青铺装必须由防水粘结层和面层组成,但对桥面防水粘结的研究和实验才刚刚起步。桥面防水粘结材料和施工工艺主要参照房屋建筑防水工程,尚未建立一套适用的性能指标和实验手段。
防水粘结层将桥面板与铺装层联结为一个整体,可有效改善桥面铺装结构的受力状况,对铺装层的使用耐久性影响显著:粘结层将沥青混凝土铺装层与桥面板粘结成一个整体,充分发挥铺装层与桥面板的复合作用,改善桥面板与铺装层的受力情况。基于防水粘结层特点,对其功能有如下要求:1)高粘结强度;2)致密不透水;3)良好的适应变形能力;4)耐久性;5)与其他材料的协调性;6)施工可操作性强。
2 防水粘结材料种类
2.1 钢桥面
目前钢桥面铺装防水粘结层使用的材料可分为:热熔型粘结材料、溶剂型粘结材料和热固性粘结材料。
热熔型粘结材料由沥青掺加树脂(如松香)和各种聚合物(PVA,PE)等组成。
溶剂型粘结材料多指乳化沥青和可溶性橡胶沥青。
热固性粘结材料主要指环氧沥青,将环氧树脂加入沥青中,经与固化剂发生固化反应,形成不可逆的固化物。同前面两类材料相比,这种材料无论在粘结能力、变形能力,还是在热稳定性方面,都具有明显的优势。南京长江二桥的防水粘结层也使用的这种材料,自2001年3月通车以来,至今使用性能良好。
2.2 水泥混凝土桥面
水泥混凝土桥面铺装防水粘结层使用的材料包括:水乳沥青类、热融沥青类、封层类、胎体类、细质沥青混凝土类等,由于篇幅所限,文中介绍前三类。
1)水乳沥青类:从20世纪80年代中期开始新建高速公路后,桥面铺装多以乳化沥青或热融沥青为粘结防水层,并辅以密级配沥青混凝土,以此构成桥面防水系统。实践证明,此类防水系统起不到对桥梁结构的防水保护作用。
2)热融沥青类:热融沥青类与水乳沥青类防水材料一样,都是自20世纪80年代开始用于桥面铺装,同样起不到防水作用,而且热融沥青类防水材料由于多了加热这道工序,施工时质量更不好控制。
3)封层类:乳化沥青稀浆封层技术是以级配碎石材料为集料,以满足相关技术要求的乳化沥青材料为结合料,加入适量的水、填料以及必要的外加剂,按设计比例配制成具有一定技术性能的稀浆混合料。
3 钢桥面防水粘结材料技术指标
制定防水粘结材料技术指标时,既要考虑技术指标与钢桥面铺装防水粘结层实际需要,能够正确反映钢桥面铺装对防水粘结材料的要求,又要使技术指标能够正确全面反映防水粘结材料的性能,并通过它可以比选出性能优良的防水粘结材料。
各钢桥都根据实桥的使用条件提出了相应的技术指标以及技术要求以比选和检验防水粘结材料的相关性能。技术指标随着防水粘结材料的不同以及实桥使用条件的不同有所不同,但大多是通过防水粘结材料的针入度、软化点、回弹率、延度、与钢板的粘附力、粘度、抗拉强度等指标来检验防水粘结材料性能的。
虎门大桥、厦门海沧大桥、武汉白沙洲大桥、重庆鹅公岩大桥等大跨径钢桥均采用双层SMA沥青混凝土铺装结构。厦门海沧大桥、武汉白沙洲大桥、重庆鹅公岩大桥等桥的防水粘结层采用相同的技术指标与要求,其防水粘结层的技术指标及要求如表1所示。
南京长江二桥采用双层环氧沥青混凝土铺装结构,其防水粘结材料技术指标及要求如表2所示。
制定适度的防水粘结层技术要求也很重要,对于技术要求最重要的是保证满足钢桥实际使用性能要求如果技术要求过低则会出现满足技术要求的防水粘结材料不满足实际的使用性能要求,从而导致铺装破坏。部分钢桥就由于制定的防水粘结层粘结强度技术要求过低,无法满足铺装层与钢板之间粘结强度要求,导致钢板与防水粘结层脱层。当制定的技术要求过高,则会出现满足实际使用要求的材料不满足技术要求,造成不必要的浪费,甚至是找不到满足技术要求的材料。
4 性能试验
4.1 剪切试验
桥面铺装剪切破坏分为铺装层材料剪切破坏和防水粘结层剪切破坏两种情况,铺装层材料剪切破坏体现为铺装表面发生推移、壅包,这和普通路面常见的破坏形式相同。防水粘结层剪切破坏却是桥面铺装特有的一种破坏类型,体现为一般桥面铺装发生铺装层与桥面板之间粘结力丧失。其原因是行驶车辆的冲击、振动等所引起的垂直力和水平力的综合作用使结构层内产生的剪应力超过材料的抗剪强度。
对于铺装表面局部的壅包和推移,只是影响到桥面铺装的使用性能,而防水粘结层的剪切破坏会导致整个铺装层结构失效,因此必须严格控制防水粘结层的剪切破坏。
根据实际路况调查,水泥混凝土桥面沥青混凝土铺装最主要的病害是面层沥青混凝土的剥落、松散,主要是由于在水平方向荷载作用下,桥面铺装各层之间的抗剪强度不足引起的。因此本文通过室内模拟试验,确定不同防水层材料的抗剪强度、不同环境条件对材料剪切变形性能的影响规律,以便于选择材料、结构设计时进行参考。图1为剪切试验示意图,当对试件施加荷载P时,试件受剪面剪切强度为:
其中,P为作用荷载,N;S为试件受剪面积,m 2;τ为剪切强度,Pa;α为剪切面与水平面的夹角。
因为汽车制动力的检测要求汽车制动力总和与整车重量的比例为空载大于60%,满载大于50%。因此,图1中α角必须小于59°,根据已有经验,取α=40°时与刹车情况相似,为最不利情况。又考虑实际中刹车作用速度较快,加载速度取50mm/min。
4.2 拉拔试验
拉拔试验可用于检验防水粘结层与钢桥面板以及防水粘结层与铺装层之间的粘结性能,同时也能反映铺装层的抗拉性能,因而拉拔试验是钢桥面铺装研究中一项重要的试验内容。在材料比选阶段拉拔试验作为材料比选的重要依据之一同时也是确定防水粘结层合理撒布量的主要试验之一,在复合梁结构研究阶段拉拔试验作为一项基本评价指标用于检验铺装的粘结性能是否达到了相应的技术要求。在钢板上成型铺装层,养护一段时间后钻取芯样,再用快凝环氧树脂将一个带有拉杆的圆形钢板粘贴在芯样的表面,待固化后对拉杆加力,直至破坏。
4.3 拉伸试验
钢桥面铺装在荷载、温度、裂缝等外界因素作用下发生变形,防水粘结层应能够随着上下接触层协调变形,这就需要防水粘结材料能够有一定的抗拉强度以及一定的变形能力。防水粘结材料的断裂延伸率和抗拉强度表征着防水粘结材料与铺装以及钢板之间的协调工作能力。
防水粘结材料的拉伸试验用以反映防水粘结材料受拉破坏的应力和应变,测得的主要指标为防水粘结材料的抗拉强度和破坏时的应变即断裂延伸率。
我国《沥青和沥青混合料试验规程》中没有拉伸试验的具体要求,南京长江二桥在防水粘结层研究中进行了此项试验,试验参照ASTM的标准进行。
4.4 不透水试验
防水粘结层的一个主要功能即为防水。因此,在原始状态下要求防水粘结材料必须具备不透水性能。
在规定面积的牛皮纸一面,均匀涂刷正常用量的粘结材料,在室温下放置实干,将准备好的试件置于平整板面,使用路面渗水仪检测57cm水柱下30min后牛皮纸的另一面是否潮湿,注意水的渗透情况。
5 结语
防水粘结材料需要具有粘度高、不透水、耐久性好、适应变形性强、施工容易等特点,防水粘结层要根据钢桥面和水泥混凝土桥面的特点来合理选择。防水粘结材料的技术指标要根据实际工程需要制定,偏低、过高都不合适。防水层的使用性能可通过剪切试验、拉拔试验、拉伸试验、不透水试验来进行室内模拟验证,判断其是否满足工程需要。
摘要：在对国内外防水层应用现状调研的基础上,总结了防水层的功能要求,深入分析了钢桥面和水泥混凝土桥面防水层的特点,对比分析了防水粘结材料的各技术指标,并通过剪切、拉拔、拉伸及不透水试验验证了防水粘结材料的使用性能。
关键词：桥面铺装,防水粘结层,技术指标,使用性能
参考文献
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防水粘结材料 篇7
在桥面铺装体系中, 防水粘结层一直是其中的一个重要部分。一个整体性能好的防水粘结层能很好地抵抗层间的剪切破坏以及水损害。因此, 对桥面防水粘结层的研究也至关重要。本文通过室内试验对几种市面常见防水层的路用性能进行评价, 并引进了桥面防水层现场质量检测仪技术, 对各种桥面防水层进行现场检测分析, 在以上基础上推荐合适的桥面防水材料。
2 防水层类型使用现状调查
随着沥青路面建设水平的提高, 对桥面防水层也越来越重视, 应用过程中逐步提出了许多类型的桥面防水层材料, 其中以涂膜类桥面专用防水层、结构性防水层、卷材类防水层为主。
(1) 涂膜类桥面专用防水层
涂膜类桥面防水层大多采用石油沥青为基料, 配以表面活性剂及多种化学助剂为辅助原料, 再掺加大剂量的高分子材料, 经高温共聚改性后, 再经过特殊工艺乳化, 经过专用设备而加工的一种水基性防水涂料。此类涂料能将混凝土箱梁上现浇混凝土的毛细孔隙和细小裂缝完全封闭, 以阻隔水分自下而上从水泥混凝土桥面板进入到桥面铺装中[1], 同时也能阻隔水分自上而下从桥面铺装渗入到水泥混凝土桥梁结构中。
(2) 结构性防水层
近年来, 结构防水材料也常用于桥面防水粘结层, 常用的有改性乳化沥青+碎石、改性沥青+碎石、橡胶沥青+碎石及沥青胶砂等。结构性防水粘结层由于碎石的作用, 一方面可以减少施工过程中机械对防水层的破坏及粘轮作用, 另一方面可以增强粘结层与铺装层之间的嵌挤作用, 增强沥青混合料铺装层抗推移性能, 增强抗剪切强度[2]。
(3) 卷材类防水层
卷材类防水材料共同的特点是具有良好的耐热性、强度高、延展性好、耐疲劳性高。桥面铺装用卷材按施工方法不同, 可分为热熔型、热粘型、冷粘型、自粘型等。按涂覆材料的不同, 可分为沥青类防水卷材、聚合物沥青类防水卷材、合成高分子防水卷材等三类。按胎体的不同可分为热熔型、热粘型、冷粘型、自粘型等。按撒布料或隔离的不同可分为页岩面、砂面、铝箔面等多种。
通过对桥面防水层类型的调查可见, 桥面防水粘结材料整体而言可分为涂膜类防水层、结构性防水层、卷材类防水层等。几种防水材料在防水机理、技术特性、适用条件等方面都存在着较大的差异, 本文结合室内试验选取了目前市场上使用较为普遍的涂膜类FYT防水材料以及结构性防水层橡胶沥青+碎石、SBS改性沥青+碎石、SBS改性乳化沥青+碎石作为室内研究对象, 对其做出了性能评价。
3 防水层室内性能试验
桥面防水层的性能要求包括施工性能、防水性能、强度要求等。由于防水层种类较多, 为便于工程中防水层的选择, 提出合适的防水粘结层技术标准是十分必要的。根据地方规范并结合相应文献提出了桥面防水层技术标准[3], 标准如表1所示。
注:表中拉拔强度和剪切强度适用于室内试验和现场质量检测。
根据表1的技术标准, 进行了防水层室内试验, 以评价不同防水材料的路用性能, 试验中各类材料的用量如表2。
(1) 剪切强度试验
成型尺寸为10 cm×10 cm×5 cm水泥混凝土试块, 对水泥混凝土试块进行打毛来模拟水泥混凝土表面状况, 增强表面粗糙度以提高层间抗剪强度。在水泥混凝土试块上粘贴不同的防水粘结材料, 按沥青混合料试件的制作方法 (静压法) , 在水泥混凝土试块上加压成型10cm×10 cm×5 cm的沥青混合料 (级配采用普通AC-13) , 成型后的试件在室温中静置24 h。将成型的剪切试件置于要求的试验温度 (20℃、40℃) 恒温空气箱中保温4 h以上, 将试件取出, 在压力机上立即进行剪切试验 (试验示意图如图1所示) , 试验剪切角度为45°, 加载速度为10mm/min时测得造成剪切破坏的最大剪切作用力结果如表3所示。
由表3温度的变化可知, 路面层间抗剪强度随温度变化较大, 在高温下抗剪强度明显降低, 这与路面发生推移主要集中在夏季高温时情况相吻合。由抗剪强度计算公式τ=c+σtanα可知[4], 夏季高温时沥青路面与混凝土之间的粘结力c下降, 这是导致路面夏季出现推移的重要原因。
注:表中改性乳化沥青用量为纯沥青用量 (kg/m2) 。
此外, 大部分材料符合剪切强度要求, 其中橡胶沥青+碎石的这种防水粘结层无论在40℃还是20℃表现出来的抗剪强度是最高的, SBS改性沥青+碎石抗剪强度在高温下则下降得很厉害, 但基本也能满足技术要求。FYT防水材料抗剪无论在20℃还是40℃下抗剪强度表现都不符合技术要求, 同时改性乳化沥青剪切强度较弱, 与技术要求相差甚远。
(2) 拉拔强度试验
在桥面铺装中, 梁板与沥青混凝土的粘结强度对铺装体的抗疲劳特性有很大影响, 可以采用拉拔试验来确定防水粘结层与梁板和沥青混凝土的粘结力状况[5]。同时, 也能反映两种混合料分层施工时的层间粘结力。与剪切试验试件成型基本相同, 用车辙板预制5cm厚的水泥混凝土试件, 然后按“表面处理—涂刷防水粘结层—普通AC-13沥青混凝土”的顺序成型试件。待试件完全冷却固化后, 用钻芯机钻取孔径为10cm的试件, 用快凝环氧树脂将试验拉头粘在沥青混凝土表面, 养护12h后, 将芯样放于拉力试验仪中, 以100~200N/s的固定速度对拉杆加力, 直至芯样破坏, 试验装置如图2所示, 试验结果如表4所示。
由表4可知, 4种防水材料在不同温度下的拉拔强度远远高于技术要求, 其中又以橡胶沥青加碎石的防水粘结层拉拔强度最强。
(3) 耐热性
在铺设沥青混合料时, 防水粘结层会受到高温骨料的冲击, 如果其耐热性差就会导致流淌。从实用性考虑, 要求防水粘结材料在一定温度下、一定时间内不流淌, 并以此来评价其抵抗沥青混凝土高温破坏的能力。具体方法为将防水材料涂刷于打磨除砂后的水泥砂浆试件表面上, 养护后将试件放入高温温箱内加热至160℃, 30min后观察表面情况是否有流淌、起泡和滑动等现象。
橡胶沥青、SBS改性沥青、SBS改性乳化沥青此三类防水材料没有出现流淌、变形的现象, FYT防水涂料的1号料出现了轻微流淌现象, 2号料没有出现流淌、变形等现象。
(4) 不透水性能
粘结层同时起着防水的作用, 必须还要满足防水性能的要求, 所以需进行防水渗透试验。试验先按照粘结层的施工过程, 在预制的水泥混凝土板上涂抹粘结层材料, 养护后在粘结层上进行高压渗水试验, 观察记录水位情况, 以此来检验粘结层材料的防水渗透性能, 试验结果如表5所示。
可见, SBS改性沥青、橡胶沥青、桥面柔性防水涂料均不透水。SBS改性乳化沥青在高压渗水试验时有渗漏现象。
综上, SBS改性乳化沥青+碎石这种防水粘结层抗拉拔强度满足技术要求, 在高温条件下耐热性能好, 但其抗水损坏能力不足, 伴有侧漏现象, 同时其抗剪强度不足。SBS改性沥青+碎石这种防水粘结层高温耐热性好, 满足技术要求, 其抗水损害能力也不错, 抗拉拔强度也满足要求, 但其高温下的抗剪强度勉强符合要求, 说明在高温下, 其抵抗重载车辆的刹车、转弯性能偏低。FYT防水涂料在拉拔强度以及抗水损性能上都满足技术要求, 抗剪强度不符合技术要求, 同时其在160℃时出现了轻微流淌现象。橡胶沥青+碎石这种防水粘结层抗拉拔强度是最高的, 另外高温条件下的抗剪强度最好, 且抗水损害性能也好[6]。综合以上室内四项试验检测结果, 橡胶沥青+碎石有着不错的室内性能。
4 桥面防水层现场性能检测
对防水粘结层施工现场的性能检测是控制其质量的重要手段。在我国桥面铺装早期对防水粘结层的现场检测部分不太重视, 究其原因主要是因为没有相应的一套完整的检测仪器, 以及施工方对防水粘结层质量现场控制意识的淡薄所致。近年以来, 随着技术的发展, 防水粘结层研究的深入, 防水粘结层现场施工质量检测越来越受到人们关注。
课题组在南六塘大桥桥面防水层结构层分别对以上四种形式的防水粘结层做了试验段。同时在铺设防水粘结层时, 对桥面板采用了机械清扫和喷砂两种处理形式以评价桥面处理方式对粘结层的影响, 喷晒乳化沥青、撒布碎石后采用一台XP261胶轮压路机碾压1~2遍。在摊铺完桥面底面层沥青混合料的基础上进行了现场检测, 表6列出了防水层现场拉拔和剪切强度试验结果。
结合表1技术标准, 拉拔强度除了FYT防水涂料外都能满足要求, 而剪切强度只有采用喷砂法处理桥面的橡胶沥青、SBS改性沥青和SBS改性乳化沥青防水层才能满足要求。同时可以看出, 桥面处理方法对防水层粘结强度和剪切强度有显著影响, 机械清扫处理和喷砂处理的结果在拉拔强度和剪切强度上存在着很大的差异, 可见在桥面铺装时, 应采用喷砂这种处理桥面板的形式。因此, 综合室内试验以及现场检测情况, 橡胶沥青+碎石这种桥面防水粘结层综合性能使用最佳。
5 小结
桥面防水层是桥面铺装体系的重要组成部分, 本文对常用桥面防水层类型进行了调查, 通过室内试验对不同桥面防水层的路用性能进行了评价, 并结合现场检测结果, 推荐了性能比较好的防水粘结层。主要结论有:
(1) 室内试验表明, SBS改性乳化沥青加碎石这种防水粘结层抗拉拔强度满足技术要求, 在高温条件下耐热性能好, 但其抗水损坏能力不足, 伴有侧漏现象, 同时其抗剪强度不足, 在桥面铺装时不予推荐使用;
(2) 室内试验表明, SBS改性沥青加碎石这种防水粘结层高温耐热性好, 满足技术要求, 其抗水损害能力也不错, 抗拉拔强度也满足要求, 但其高温下的抗剪强度勉强符合要求, 使用需谨慎;
(3) 室内试验表明, FYT防水涂料在拉拔强度以及抗水损性能上都满足技术要求, 抗剪强度不符合技术要求, 同时其在160℃时出现了轻微流淌现象, 结合现场检测, 其现场使用性能不稳定, 不推荐使用;
(4) 室内试验表明, 橡胶沥青加碎石这种防水粘结层抗拉拔强度是最高的, 另外高温条件下的抗剪强度最好, 且抗水损害性能好, 同时其现场检测结果表明其性能也是四种材料中综合性能最好的;
(5) 从室外现场检测结果来看, 桥面板处理方式对防水粘结层性能影响较大, 推荐采用喷砂方式。
摘要：桥面铺装体系中, 防水粘结层起着承上启下的重要作用。基于目前国内防水层使用现状, 选择几种市面上常用的防水粘结材料进行系统的性能试验, 通过剪切强度、拉拔强度、耐热性、不透水性等指标评价分析不同防水粘结材料的使用性能, 并结合桥面防水层现场质量检测结果, 比选出综合性能最佳的防水粘结层材料。研究表明, 橡胶沥青加碎石这种防水粘结层为较理想的防水粘结层材料。
关键词：防水粘结层,桥面铺装,性能试验,现场质量检测
参考文献
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